楔横轧

楔横轧是1961年出现的一种新的轧钢技术，它适于轧制变断面回转体。两个带有楔形孔型的轧辊，沿着楔前进的方向同向旋转，逐渐将坯料轧制成变断面回转体。楔形孔型由楔入、成型、精整三个区段构成。在精整段之后装有切刀，轧辊每转一周，可轧制一件或一对。切刀的作用是切断料头或将成对轧件分离为两件。

简史

早在19世纪，人们就探讨用楔横轧生产轴类件。1961年捷克斯洛伐克首先将这一工艺及设备用于工业生产之中。1967年民主德国在莱比锡国际博览会上展出了他们的板式楔横轧技术并获奖。中国从20世纪60年代起对此工艺和设备进行了大量研究工作，并将楔横轧技术用于扳手等工具的制坯和轴类件生产。世界上许多国家采用楔横轧工艺生产了上百种轴类零件及其毛坯。20世纪60年代中期，继二辊楔横轧问世不久，许多国家对三辊楔横轧开展了较为广泛的研究工作。70年代出现了三辊楔横轧轧机及生产的产品。中国从70年代初对三辊楔横轧技术进行研究，成功地轧制铁路货车车轴、电机轴等空心实心轴类件以及设计出大中小型三辊楔横轧轧机，并于1987年获尤里卡国际发明金奖。

原理

在装有楔形模具的轧辊的设备（轧机）上，用横轧方法生产变断面阶梯状轴类制品或毛坯的金属塑性加工工艺。楔横轧有3种类型（图1）：平板式楔横轧是在两个相同并作相向直线运动的平板表面之间实现变形；辊式楔横轧是在2～3个互相平行布置、直径相等并作等速同向旋转的轧辊表面之间实现变形；单辊圆轧辊表面之间实现变形。圆棒毛坯在楔形模具（变形楔）的辗压下一边旋转一边变形，直径减小而长度增加，被加工成变断面阶梯状轴。工具每动作一个周期，便可生产一个或数个产品。

楔横轧轴类件时可进行单根轧制，也可用长尺坯料连续轧制。连续轧制时，每当轧完一根产品，可用装在变形楔之后的剪切楔或刀片将其切断并抛出，然后连续送进坯料轧制下一根产品。楔横轧可热轧亦可冷轧，但多以热轧为主，小直径的轴类件可以实现冷轧。

楔横轧可以生产各种实心的或空心的阶梯状轴类件。阶梯部分可以是圆柱形、锥形或球形，可以是单台阶、多台阶及垂直台阶等，并可以轧出横向沟槽、滚花等。这一工艺既可生产零件毛坯，又可为进一步塑性加工供坯，还可以实现少切屑或无切屑的精加工。

楔横轧设备

楔横轧采用的工艺设备有加热设备和楔横轧轧机。加热设备多采用感应加热装置。楔横轧轧机按结构分有平板式、单辊圆弧式和辊式等3种，辊式又可分为二辊式和三辊式；按轧辊布置可分为卧式和立式两种；按传动部分与工作机座相对位置可分为整体式和分体式。

楔横轧轧机主要由主电机、传动装置和工作机座组成。楔横轧的工作机座包括轧辊、调整机构、导卫装置和机架。

轧辊的变形楔采用直接车削在轧辊上的整体式和组装在轧辊上的组合式两种。后者又可分为把环状辊片组装在辊轴上和把模块组装在轧辊或轧辊T型槽上的两种。

楔横轧轧机的调整机构除有轴向、径向调整机构外，还有相位调整机构。相位调整机构用来进行相位调整即调整各轧辊上的变形楔在轧辊圆周方向上相对于轧件的位置。

楔横轧特点

优点

与传统的锻造或切削工艺相比，楔横轧工艺有如下优点：

生产效率高，通常是其它工艺的5-20倍。如果产品的几何形状不太复杂，那么使用对称模具一次就可以加工一对工件。在实际生产中，轧辊的转速通常为10-30rpm,那么每分钟至少可以轧制10--30个工件。

材料利用率高。通常，在传统机械加工中（例如切削加工）约有40%的材料以切屑的形式浪费掉，而在楔横轧工艺中根据产品形状有10%-30%的材料浪费。

产品质量好。楔横轧件金属纤维流线沿产品外形连续分布，并且晶粒进一步得到细化，所以其综合机械性能较好，产品精度也高。

工作环境得到了改善。由于楔横轧轧制成形过程中无冲击，噪音小，加之无需冷却液的使用，所以其工作环境得到了大大改善。

自动化程度高。轧件从成形、表面精整到最后成品都是由机器自动完成，所需操作人员较少。

局限性

通用性差，只能生产圆截面的轴类件，需要专门的设备和模具；模具的设计、制造、及生产工艺调整比较复杂，且模具尺寸大。所以，该工艺适合轴类零件的大批量生产，不适合于小批量生产。而且不能轧制大型件，轧制棒料的长度也受到限制。因而pR需进行设计方法的创新与改进，扩大楔横轧的应用范围，充分发挥现有轧机的能力。

工艺

变形楔图2所示的典型的变形楔是由咬入段、整形段、楔展段、成形段和精整段5部分组成的。

二辊楔横轧在两个轧辊辊面上装有相同的变形楔（图2a）生产轴类零件及其毛坯的楔横轧工艺。二辊楔横轧生产率高，轧机设备比较简单、紧凑，调整方便，易于实现自动化，多适用于生产量比较大的轴类件及其毛坯的生产上。

二辊楔横轧轧机多采用两个轧辊上下配置的立式轧机，对小直径产品也有采用轧辊左右配置的卧式轧机。轧辊多为分块装配式。变形楔的加工多半在普通车床上进行。先按精整段车削型辊，然后再加工变形楔，最后在型面上完成刻痕等粗糙加工。

二辊楔横轧时，轧件受到两个轧辊的集中载荷的作用而产生明显的表面变形。轧件具有较大的自由表面，金属的横向流动和椭圆化趋势明显，轧件中心产生较大的拉应力；轧件心部在交变的拉应力和压应力作用下，易产生疏松和孔腔。尤其是当有非金属夹杂时，裂纹易被扩展。因此用二辊式楔横轧时应严格控制变形条件、坯料质量和变形楔参数。

三辊楔横轧在互成120°布置的三个轧辊上装有相同的变形楔（图2b）进行轴类件轧制的楔横轧工艺。由于轧件在3个互成120°布置的主动轧辊中成形，金属处于有利的变形力学条件，消除了产生疏松孔腔的可能。轧件横断面上变形比较均匀，无刚性核存在，消除了环裂的条件。因此三辊楔横轧适用于轧制质量要求严格的轴类件。

轧辊转两圈轧制使用的变形楔由两部分构成：变形楔中间部分是中间楔，中间楔两侧是两个侧楔。当轧辊转第一圈时，轧件中部受中间楔轧制，直径减小，轴向延伸，轧成预轧件。当轧辊转第二圈时，两个侧楔对预轧件两侧没变形部分进行轧制，使轧件直径减小，轴向继续延伸，最后轧出所要求的小直径区段较长的轴类件。这种轧制法适用于轧制小直径区段较长的产品。

变形楔分段咬合轧制为达到增大轧辊直径满足轧制产品对变形楔长度的要求，在3个辊中每一个轧辊的同一圆周线上装有3段互为120°间隔布置的弧形楔块。这3个楔块构成了一个完整的变形楔。当轧辊同步同向旋转时，3个轧辊上的3个相同的弧形楔块互相咬合，彼此相互不碰撞不干扰，并对轧件外径互成120°的3点同时进行轧制。用这种方法可以扩大被加工零件的范围，适用于轧制个别长度不大的小直径区段的轴类件。

单辊圆弧式楔横轧在固定的弧形模板内表面上的变形楔和旋转的轧辊辊面上的变形楔之间实现轴类件轧制的楔横轧工艺（图2c）。同其他楔横轧工艺相比，单辊圆弧式楔横轧具有设备简单紧凑、占地面积小、生产率高等优点；但模具制造及设备调整较困难。

板式楔横轧在相对作直线运动的两块平板上的变形楔之间进行轴类件轧制的楔横轧工艺（图2d）。平板式楔横轧机的传动多采用液压传动。同其他楔横轧相比，板式楔横轧具有模具制造和调整均较容易，轧件精度较高及工艺可靠等优点；但其行程大小受到限制且有空载回程，影响了产品的规格及生产率。已研制出无空载回程的板式楔横轧机，从而提高了生产率。

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